工程光学课程设计报告

工程光学课程设计

设计名称：工程光学课程设计

院系名称：电气与信息工程学院

专业班级：

学生XX：

学号：

指导教师：

工程学院教务处制

2013年12 月

工程光学课程设计评分表

题目名称25×显微物镜

实习时间2013年12月23 日至2013 年12 月31 日共 2 周实习地点实验楼513

设计报告得分序号评价项目

满

分

得分

1 应用文献资料能力及综合运用知识能力

2 设计说明书撰写水平；插图质量

3 设计（实验）能力及创新性

设计报告得分总计

实物制作效果

评语：

指导教师签字：年月日

学生XX 班级学号

平时表现

（20分）

答辩

（20分）

综合评定得分实习成绩

注：最后成绩的评定以优（90100）、良（8089）、中（7079）、及格（6069）和不及格（少于60分）五级给出。

一、ZEMAX软件介绍

美国ZEMAX Development Corporation研发ZEMAX 是一套综合性的光学设计软件，集成了光学系统所有的概念、设计、优化、分析、公差分析和文件管理功能。ZEMAX所有的这些功能都有一个直观的接口，它们具有功能强大、灵活、快速、容易使用等优点。ZEMAX 有两种不同的版本：ZEMAX-SE和ZEMAX-EE，有些功能只在EE版本中才具有。

ZEMAX 可以模拟序列性（Sequential）和非序列性（non-sequential）系统，分别针对成像系统和非成像系统。ZEMAX采用序列和非序列两种模式模拟折射、反射、衍射的光线追迹。序列光线追迹主要用于传统的成像系统设计，如照相系统、望远系统、显微系统等。这一模式下，ZEMAX以面作为对象来构建一个光学系统模型，每一表面的位置由它相对于前一表面的坐标来确定。光线从物平面开始，按照表面的先后顺序进行追迹，追迹速度很快。许多复杂的棱镜系统、照明系统、微反射镜、导光管、非成像系统或复杂形状的物体则需采用非序列模式来进行系统建模。这种模式下，ZEMAX以物体作为对象，光线按照物理规则，沿着自然可实现的路径进行追迹，可按任意顺序入射到任意一组物体上，也可以

重复入射到同一物体上，直到被物体拦截。与序列模式相比，非序列光线追迹能够对光线传播进行更为细节的分析。但此模式下，由于分析的光线多，计算速度较慢。

在一些较为复杂的光学系统中，可以同时使用序列和非序列光线追迹。根据需要，可以采用序列光学表面与任意形状、方向或位置的非序列组件进行结合，共同形成一个系统结构。

二、显微物镜设计方案

25×显微镜物镜属于中倍显微物镜，通常由两个分离的双胶组合透镜组成，这类物镜也称为里斯特物镜，它的倍率一般在6×至30×之间，数值孔径NA为0.2至0.6之间。

由于显微物镜倍率较高，像距远大于物距，显微物镜的设计通常采用逆光路方式，即把像方的量当做物方的量来处理。里斯特物镜两个双胶合透镜光焦度分配的原则通常是使每个双胶合透镜产生的偏角相等或者是后组的偏角略大于前组。里斯特物镜的光阑通常放在第一个双胶合透镜上。当两个双胶合透镜相互补消球差和慧差时，两个双胶合透镜的间隔大致和物镜的总焦距相等。第一个双胶合的焦距约为物镜焦距的二倍。第二个双胶合的焦距大致和物镜的总焦距相等。

物镜的像差校式采取两个双胶合透镜各自单独校正球差、慧差和色差，这种方案的有点是：二个双胶合透镜组合在一起则为一个中倍物镜，移去一个双胶合透镜后可用作低倍显微物镜使用。

其总设计图如图1所示。

图1 25×显微镜物镜设计方案图

三、显微镜物镜及参数

1、物镜的数值孔径

物镜的数值孔径表征物镜的聚光能力，是物镜的重要性质之一，增强物镜的聚光能力可提高物镜的鉴别率。

数值孔径通常以符号“NA”表示（即Numerical Aperture）。根据理论的推导得出：

sin

NA n u

式中n──物镜与观察之间介质的折射率；

u──物镜的孔径半角。

因此，有两个提高数字孔径的途径：

（a）增大透镜的直径或减少物镜的焦距，以增大孔径半角u。此法因导致象差增大及制造困难，实际上sinu的最大值只能达到0.95。

（b）增加物镜与观察之间的折射率n。

2、物镜的分辨率

物镜的分辨率是指物镜具有将两个物点清晰分辨的最大能力。要明白分辨率可以有一定的限度，这就要用光通过透镜后产生衍射现象来解释。物体通过光学仪器成像时，由于光的衍射，物点的象不再是一个几何点，而是有一定大小的衍射斑。衍射斑中心亮斑集中了全部能量的83.78%，叫作艾里斑。艾里斑的中心代表像点的位置。根据瑞利（Rayleigh ）判断，两个相邻像点之间的间隔等于艾里斑半径时则能被光学系统分辨。其分辨率为

0.610.61sin n u NA

αλλσβ=== 根据道威（Doves ）判断，两个相邻像点之间的两衍射斑中心距为0.85a 时，则能被光学系统分辨。其分辨率为

0.850.5NA

α

λσβ== 由以上公式可知，显微镜的分辨率主要取决于显微物镜的数值孔径。

3、物镜的有效放大率

在保证物镜的分辨率充分利用时所对应的物镜的放大率，称为物镜的有效放大率。有效放大率可由以下关系推出：设眼睛容易分辨的角距离为'

'24，则在

明视距离上对应的线距离'σ为 22500.00029'42500.00029mm mm σ??≤≤??

把'σ换算到显微镜的物空间，按道威判断取σ值，则

22500.000290.5/42500.00029mm NA mm λ??≤?Γ≤??

设照明光的平均波长为0.000555mm,得

5231046NA NA ≤Γ≤

近似写作

≤Γ≤

NA NA

5001000

由此可知：物镜的有效放大率由物镜的数值孔径及入射光波长决定。

4、实际参数确定

按照设计要求：物镜放大倍数为25，数值孔径NA=0.4，通过以上几个参数的计算，计算出理论上的数值并确定符合数值要求的镜片。初步确定第一个双胶合透镜的初始结构由ZF3与K9组合，第二个双胶合透镜的初始结构由ZF3与ZK9组合。求出双胶合透镜的初始结构之后，就可以进行光线追迹、相差计算和平衡了，如果的得到不满意的结果，可重新选择玻璃对，再重复上面的计算，达到设计要求，也可以采用自动设计程序作进一步校正，其结果可能会更好。

四、25×显微镜物镜光学系统仿真过程

1、选择初始结构并设置参数

显微镜物镜的初始结构选择如图2

图2 显微镜物镜初始结构图

在用ZEMAX软件进行设计时，将显微镜倒置设计。设置参数如下：物方数值孔径为0.016，物高为25mm，物方半视场高度为12.5mm。此时该系统的结构、传函以及像差如图3所示。从MTF图和像差图可以看出该显微物镜的成像质量还

不是很好，需要对其进行自动优化校正。

图3 初始结构各参数仿真图

2、自动优化

首先，建立自动优化函数。具体过程如下：选择Editors>> Merit Function，弹出Merit Function Editor 对话框，在Type栏中输入EFFL，并将Target定为

6.930840，Weight值取1.0；其次，选择Editor对话框工具栏中的Tools>>Default Merit Function, 设置Optimization and Reference为RMS～Wavefront～Centroid；最后，选择确定按钮进行自动优化。自动优化后，显微镜物镜结构的数据如下：

图4 显微镜物镜优化结构图

图5 自动优化后各参数仿真图3、最终仿真参数分析

由图可看出：

(1)物方数值孔径NA=0.3721605，与要求的0.4很接近；

(2)初始设定的物高为12.5,仿真得像高为0.498，则放大倍数m=25.1,与要求的放大倍数25倍十分接近。

最终的仿真参数基本符合设计的要求。

设计总结

在课程设计刚开始的时候，对于ZEMAX软件我也是没有接触过，第一个任务是安装软件，学习软件。从网上查询资料，去图书馆查阅相关书籍，到对软件以及设计的过程有了初步了解，首次认识就要利用它来设计，感觉是件很困难的事。在后来的不断实践中，在学习使用软件的过程中，对这次设计的概念越来越清晰，初步掌握了对于软件优化过程中的一些小技巧，比如说设置不同的镜片为孔阑得到的结果是不一样的；优化过程中可以采取在小视场围中优化，然后看整个视场的成象质量，这样往往会比在整个视场优化效果好，最终完成了我们这次的设计。虽然设计的结果不是很理想，但是通过这次的实践，我对于光学显微镜的结构有了更加深刻的理解，对于ZEMAX软件也有了一定的认识，也掌握了简单的设计思路。这次实验中我学会了许多东西，ZEMAX软件的基本使用方法，光学系统设计的基本设计思路与步骤，更重要的是一种学习的方法。整个设计个过程比较艰难，但是结果还是比较令人欣慰。

设计过程是一个不断调试的过程，需要有充足的时间和极大的耐心，设计也充分体现了我们对于理论知识掌握的程度跟我们的动手能力。在设计中，我深刻体会到理论一定要用于实践，理论的东西在很大程度上都偏离了实际，只有在实际实践过程中才能不断加深我们对理论知识的认识跟掌握，不断完善我们的理论体系。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师和同学们的帮助支持下，终于都一一解决了问题。非常感谢帮助我的指导老师和同学们，我很开心能将知识运用到实践中并在自主学习中收获到那么多。

参考文献

[1]郁道银、谈恒英，工程光学，：机械工业，2011.

[2]袁旭沧，现代光学设计方法，：理工大学，1995.

[3]家升，光学工程导论，：理工大学，2005.

[4]华家宁，现代光学技术及应用，：科学与技术，2005.

[5]朱自强，现代光学教程，：大学，1990.

[6]谢建平，近代光学基础，：中国科学技术，2006.

扬大工程光学课程设计20140412

工程光学课程设计 班级 学号 姓名 一、目的 了解光学系统外形尺寸计算在光学系统设计中的作用，学习和掌握外形尺寸计算的内容和一般方法。根据使用要求确定光学系统整体结构尺寸的设计过程称为光学系统的外形尺寸计算。光学系统的外形尺寸计算要确定的结构内容包括系统的组成、各光组元的焦距、各光组元的相对位置和横向尺寸。 外形尺寸计算基本要求： 第一，系统的孔径、视场、分辨率、出瞳直径和位置； 第二，几何尺寸，即光学系统的轴向和径向尺寸，整体结构的布局； 第三，成像质量、视场、孔径的权重。 二、要求 对题中所涉及的光学系统 ⑴按照工作原理正确作出光路图并能正确描述； ⑵完整叙述及列举计算的过程，步骤要详细不能省略中间中程； ⑶完成设计报告 三、内容 （一）只包括物镜和目镜的望远系统 计算一个镜筒长L=f1′+f2′=200+（学号最后两位）mm，放大率Γ= -24+（学号最后一位），视场角2ω=1°40′的刻普勒望远镜的外形尺寸。 1、求物镜和目镜的焦距；

图1只包括物镜和目镜的望远系统结构图 2、求物镜的通光孔径D1。可根据望远系统的有效放大率求出D1。 3、求出瞳直径D1’； 4、视场光阑的直径D3； 5、目镜的视场角2ω′； 6、求出瞳距lz′； 7、求目镜的口径D2； 8、目镜的视度调节（目镜相对视场光阑的移动量x）； 9、选取物镜和目镜的结构。 （二）带有棱镜转像系统的望远镜 双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝8倍； 2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝10°； 4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离 14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz′=8～10mm 要求计算棱镜转像望远镜的各类尺寸

网页制作课程设计报告

网页制作课程设计报告 学院： 专业班级： 姓名： 学号： 成绩： 阅卷教师：

目录 1.设计目的 (1) 2.设计思想 (1) 2.1网站整体结构规划思想 (1) 2.2 主页设计思想 (1) 2.3子页的设计思想 (1) 3网页详细设计分析 (1) 4结论 (2)

1.设计目的 阐述该个人网站的设计意图和创意，简单介绍自己的个人网站。 2.设计思想 阐述网站的整体设计思想，包括： 2.1网站整体结构规划思想 要求阐述网站整体结构的选择、设计的思想，绘制网站结构草图。 2.2 主页设计思想 要求对主页的布局思路进行阐述和分析。 2.3子页的设计思想 要求对子页的设计以及网页对象的选取思路进行阐述和分析。 3网页详细设计分析 要求选取一张网页，对网页的设计实现过程进行阐述和分析，详细说明制作该网页的步骤，所使用的网页对象以及该网页对象的操作方法。

4结论 对整个设计报告做归纳性总结，并分析设计过程中的困难及如何解决的，最后提出展望。 一、设计目的 本课程的设计目的是通过实践使同学们经历Dreamweaver cs3开发的全过程和受到一次综合训练，以便能较全面地理解、掌握和综合运用所学的知识。结合具体的开发案例，理解并初步掌握运用Dreamweaver cs3可视化开发工具进行网页开发的方法；了解网页设计制作过程。通过设计达到掌握网页设计、制作的技巧。了解和熟悉网页设计的基础知识和实现技巧。根据题目的要求，给出网页设计方案，可以按要求，利用合适图文素材设计制作符合要求的网页设计作品。熟练掌握Photoshop cs3、Dreamweaver cs3等软件的的操作和应用。增强动手实践能力，进一步加强自身综合素

工程光学课程设计

工程光学课程设计 设计名称：工程光学课程设计 院系名称： 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师： XXX教务处制 20 13 年12 月

工程光学课程设计评分表 最后成绩的以优（90~100）、良（80~89）、中（70~79）、及格（60~69）和不及格（少于60分）五级给出。

第1章引言 1.1 简单介绍 对于实际的光学系统来说，它的成像往往是非完善成像，对于怎样来判断一个光学系统的性能的优劣，是光学设计中遇到的一个重要问题.在当前计算机辅助科研、教学的迅猛发展过程中，计算机辅助光学系统设计已成为光学设计不可缺少的一种重要手段.其中，由美国焦点软件公司所发展出的光学设计ZEMAX，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是可以运算Sequential及Non-Sequential的软件.其主要特色有分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG等，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 但是，这里必须强调一点的是，ZEMAX软件只是一个光学设计辅助软件，也就是说，该软件不能教你怎么去进行光学设计，而只是能对你设计的光学系统进行性能的优化以达最佳成像质量所以，在应用本教程进行光学辅助设计之前，您最好先学习一下光学设计的有关知识：首先是几何光学基础，几何光学是光学设计的基础，要做光学设计必须懂得各种光学仪器成像原理，外形尺寸计算方法，了解各种典型光学系统的设计方法和设计过程.实际光学系统大多由球面和平面构成。记住共轴球面系统光轴截面内光路计算的三角公式，了解公式中各参数的几何意义是必要的，具体公式可参考有关光学书籍，在此就不一一介绍了。对于平面零件有平面反射镜和棱镜，它们的主要作用多为改变光路方向，使倒像成为正像，或把白光分解为各种波长的单色光.在光学系统中造成光能损失的原因有三点：透射面的反射损失、反射面的吸收损失和光学材料内部的吸收损失。其次是像差理论知识，对于一个光学系统，一般存在7种几何像差，他们分别是球差、彗差、像散、场曲、畸变和位置色差以及倍率色差.另外，还必须了解一点材料的选择和公差的分配方面的知识，以及一些光学工艺的知识，包括切割，粗磨，精磨，抛光和磨边，最后还有镀膜和胶合等。

WEB个人主页课程设计

Web应用开发技术 实验报告 专业：计算机科学与技术 班级： 学号： 姓名：

一、设计题目 个人网站 二、目的 １、本次设计是学生在学完ASP动态网站开发课程后的一次实践性很强的课程设计，是对ASP进行动态网站开发所学知识的综合运用。 2、掌握使用ASP技术进行网站开发设计。 3、通过本次实习，使学生加深所学知识内容的理解，并能积极地调动学生的学习兴趣，结合实际应用操作环境，真正做到理论与实际相结合。 三、功能需求描述 此网站可以对主人留言，来发表自己的心情，也可以把自己的联系方式写入其中，达到和睦相处、心灵的驿站的目的等。 四、总体设计

五、详细设计 （一）、我的主页 此页面为网站的主页，通过发布新心情，点击通讯录可以查看通讯录好友信息，点击留言板可以查看好友留言。 主要代码：